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非掺杂有机空穴传输材料用于高效稳定钙钛矿太阳能电池

近年来,卤化铅钙钛矿太阳能电池的效率最近达到了25.2%,但卤化铅钙钛矿的带隙通常超过1.5 eV, 并不适合应用于全钙钛矿型叠层电池的制备。倒置(p-i-n)全无机钙钛矿太阳能电池由于具有良好的器件稳定性和适合的带隙宽度成为了构建全钙钛矿叠层电池最具发展潜力的高能电池体系之一。然而由于缺少合适的空穴传输界面材料,限制了倒置结构的发展,导致最高的全无机倒置结构钙钛矿太阳能电池效率不到14%。尽管已有一些无机和聚合物空穴材料已经成功应用在倒置结构当中,但是由于这些空穴材料本身的缺陷,在满足电池器件所需的高能量转换效率和稳定性效果通常会大打折扣。


基于此,西南大学朱琳娜团队联合华南理工大学薛启帆叶轩立团队设计了一个新的有机小分子空穴传输材料TPE-S,硫甲基的引入使得化合物在钙钛矿前驱液中几乎不溶,且TPE-S薄膜对钙钛矿前驱液具有非常好的浸润性。因此,TPE-S作为空穴传输材料可成功应用于倒置钙钛矿太阳能电池中。通过引入S原子,与钙钛矿的Pb2+形成分子间配位键,从而增强了TPE-S与钙钛矿间的耦合,减少了钙钛矿晶体的缺陷,抑制了界面的电荷复合,使界面间的空穴传输与提取更快。用其所制备的倒置(p-i-n)全无机CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池器件, 展现出了15.4%的能量转换效率(PCE)及出色的稳定性。


该材料也可应用于有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池器件中,将其作为空穴传输层制备了倒置杂化钙钛矿FA0.9Cs0.1PbI3太阳能电池,获得了超过21%的PCE,突出了TPE-S作为简单且通用的无掺杂空穴材料的巨大潜力,适用于不同类型的高性能钙钛矿太阳能电池。


这一成果近期发表在Advanced Materials 上,文章的第一作者是香港科技大学的蒋奎博士,西南大学朱琳娜副教授和华南理工大学薛启帆副研究员、叶轩立教授为共同通讯作者。


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Dopant-Free Organic Hole-Transporting Material for Efficient and Stable Inverted All-Inorganic and Hybrid Perovskite Solar Cells

Kui Jiang, Jing Wang, Fei Wu, Qifan Xue, Qin Yao, Jianquan Zhang, Yihuang Chen, Guangye Zhang, Zonglong Zhu, He Yan, Linna Zhu, Hin‐Lap Yip

Adv. Mater., 2020, 32, 1908011, DOI: 10.1002/adma.201908011


导师介绍

朱琳娜

https://www.x-mol.com/university/faculty/52540

叶轩立

https://www.x-mol.com/university/faculty/26952


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